JP2018037680A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】効率を向上させ得る太陽電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池１５０は、ベース領域１１０を含む半導体基板１０と、半導体基板１０上に位置する導電型領域３２、３４と、導電型領域３２、３４上に位置する保護膜４０ａと、保護膜４０ａを挟んで導電型領域３２、３４に連結される電極４２、４４とを含む。太陽電池１５０は、さらに、トンネリング層２０、パッシベーション膜２４、反射防止膜２６、絶縁層４０ｂなどを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、より詳細には、電極連結構造を改善した太陽電池及びその製造方法に関する。
最近、石油や石炭などの既存のエネルギー資源の枯渇が予想されながら、これらに取って代わる代替エネルギーに対する関心が高まっている。そのうち、太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換させる次世代の電池として脚光を浴びている。
このような太陽電池は、多様な層及び電極を設計によって形成することによって製造することができる。ところが、このような多様な層及び電極の設計によって太陽電池の効率を決定することができる。太陽電池の商用化のためには低い効率を克服しなければならないので、多様な層及び電極は、太陽電池の効率を最大化できるように設計されることが要求される。
本発明は、効率を向上させ得る太陽電池及びその製造方法を提供しようとする。
本実施例に係る太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成される導電型領域；前記導電型領域上に形成される保護膜と、前記保護膜を挟んで前記導電型領域に連結される電極と、を含む。
本実施例に係る太陽電池は、電極が保護膜を挟んで導電型領域に連結され、保護膜が導電型領域の損傷を防止し、パッシベーション特性を向上させることができる。このように、保護膜は、導電型領域が優れた特性を有するように導電型領域を保護するので、太陽電池の効率を向上させることができる。また、電極の積層構造により、太陽電池の効率をさらに向上させることができる。
本発明の実施例に係る太陽電池モジュールを示した後面斜視図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の断面図である。 図２に示した太陽電池の部分後面平面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の第１の電極とリボンの付着構造の多様な例を拡大して示した図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池に使用可能な電極を示した図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池に使用可能な電極を示した図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の部分後面平面図である。 本発明の変形例に係る太陽電池に使用可能な電極を示した図である。 本発明の他の変形例に係る太陽電池に使用可能な電極を示した図である。 本発明の更に他の変形例に係る太陽電池に使用可能な電極を示した図である。
以下では、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明がこのような実施例に限定されるものではなく、多様な形態に変形可能であることは当然である。
図面では、本発明を明確かつ簡略に説明するために説明と関係のない部分の図示を省略し、明細書全体にわたって同一または極めて類似の部分に対しては同一の図面参照符号を使用する。そして、図面では、説明をより明確にするために厚さ、広さなどを拡大または縮小して図示したが、本発明の厚さ、広さなどは、図面に図示したものに限定されない。
そして、明細書全体において、一つの部分が他の部分を「含む」としたとき、特別に反対の記載がない限り、他の部分を排除するのではなく、他の部分をさらに含むことができる。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」あるとしたとき、これは、他の部分の「直ぐ上に」ある場合のみならず、その中間に他の部分が位置する場合も含む。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「直ぐ上に」あるとしたときは、中間に他の部分が位置しないことを意味する。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に係る太陽電池及びその製造方法を詳細に説明する。まず、太陽電池モジュールを詳細に説明した後、これに含まれる太陽電池及びこれに使用される電極を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る太陽電池モジュールを示した後面斜視図である。
図１を参照すると、本発明の一実施例に係る太陽電池モジュール１００は、太陽電池１５０と、太陽電池１５０の前面上に位置する第１の基板（以下、「前面基板」という。）１２１と、太陽電池１５０の後面上に位置する第２の基板（以下、「後面シート」という。）１２２とを含むことができる。また、太陽電池モジュール１００は、太陽電池１５０と前面基板１２１との間の第１の密封材１３１と、太陽電池１５０と後面シート１２２との間の第２の密封材１３２とを含むことができる。以下では、これについてより詳細に説明する。
まず、太陽電池１５０は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換させる光電変換部と、光電変換部に電気的に連結される電極とを含んで形成される。本実施例では、一例として、半導体基板（一例として、シリコンウェハー）または半導体層（一例として、シリコン層）を含む光電変換部を適用することができる。このような構造の太陽電池１５０は、以下で図２及び図３を参照して詳細に説明する。
このような太陽電池１５０は、リボン１４４を含み、リボン１４４によって電気的に直列、並列または直並列に連結することができる。これを互いに隣接した第１及び第２の太陽電池１５１、１５２を例示して説明する。すなわち、リボン１４４は、第１の太陽電池１５１の第１の電極（図２及び図３の参照符号４２、以下同じ。）と、これと隣接した第２の太陽電池１５２の第２の電極（図２及び図３の参照符号４４、以下同じ。）とを連結することができる。リボン１４４、第１の太陽電池１５１の第１の電極４２と第２の太陽電池１５２の第２の電極４４の連結構造などには多様な構造を適用することができる。一例として、第１及び第２の太陽電池１５１、１５２において、第１の電極４２が第１の縁部でこれに沿って互いに連結され、第２の電極４４が第１の縁部と反対の第２の縁部でこれに沿って互いに連結され得る。そうすると、リボン１４４は、第１の太陽電池１５１の第１の縁部に位置した第１の電極４２と、これに隣接した第２の太陽電池１５２の第２の縁部に位置した第２の電極４４とを連結するように第１及び第２の太陽電池１５１、１５２にわたって形成され、第１及び第２の縁部に沿って延長されて形成され得る。このとき、リボン１４４と第１及び第２の太陽電池１５１、１５２の不必要なショートを防止するためにリボン１４４と第１及び第２の太陽電池１５１、１５２との間に部分的に絶縁フィルム１４２が位置し、リボン１４４において絶縁フィルム１４２より突出した部分を第１または第２の電極４２、４４に連結させることができる。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、多様に変形可能である。
また、バスリボン１４５は、リボン１４４によって連結された一つの列の太陽電池１５０のリボン１４４の両端を交互に連結する。バスリボン１４５は、一つの列をなす太陽電池１５０の端部でこれと交差する方向に配置され得る。このようなバスリボン１４５は、太陽電池１５０が生産した電気を集め、電気が逆流することを防止するジャンクションボックス（図示せず）と連結される。
第１の密封材１３１は太陽電池１５０の前面に位置し、第２の密封材１３２は太陽電池１５０の後面に位置し得る。第１の密封材１３１と第２の密封材１３２は、ラミネーションによって接着し、太陽電池１５０に悪影響を及ぼし得る水分や酸素を遮断し、太陽電池１５０の各要素を化学的に結合させる。
このような第１の密封材１３１と第２の密封材１３２は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール、ケイ素樹脂、エステル系樹脂、オレフィン系樹脂などを含むことができるが、本発明がこれに限定されることはない。したがって、第１及び第２の密封材１３１、１３２は、その他の多様な物質を用いてラミネーション以外の他の方法によって形成することもできる。
前面基板１２１は、太陽光を透過させるように第１の密封材１３１上に位置し、外部の衝撃などから太陽電池１５０を保護するための強化ガラスであることが好ましい。また、前面基板１２１は、太陽光の反射を防止し、太陽光の透過率を高めるために、鉄分が少なく含まれた低鉄分強化ガラスであることがさらに好ましい。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、前面基板１２１は他の物質などからなってもよい。
後面シート１２２は、太陽電池１５０の裏面で太陽電池１５０を保護する層であって、防水、絶縁及び紫外線遮断の機能をする。後面シート１２２は、フィルムまたはシートなどの形態で構成することができる。後面シート１２２は、ＴＰＴ（Ｔｅｄｌａｒ／ＰＥＴ／Ｔｅｄｌａｒ）タイプであるか、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の少なくとも一面にポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ、ＰＶＤＦ）樹脂などが形成された構造であり得る。ポリフッ化ビニリデンは、（ＣＨ2ＣＦ2）ｎの構造を有する高分子であって、ダブル（Ｄｏｕｂｌｅ）フッ素分子構造を有するので、機械的性質、耐候性、耐紫外線性に優れる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、後面シート１２２は他の物質などからなってもよい。このとき、後面シート１２２は、前面基板１２１側から入射された太陽光を反射させて再利用できるように反射率に優れた材質であり得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、後面シート１２２は、太陽光が入射され得る透明材質（例えば、ガラス）で形成され、両面受光型太陽電池モジュール１００を具現することもできる。
以下では、上述した太陽電池１５０の構造を図２及び図３を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明の実施例に係る太陽電池１５０の断面図で、図３は、図２に示した太陽電池１５０の部分後面平面図である。
図２及び図３を参照すると、本実施例に係る太陽電池１５０は、ベース領域１１０を含む半導体基板１０と、半導体基板１０上に位置する導電型領域３２、３４と、導電型領域３２、３４上に位置する保護膜４０ａと、保護膜４０ａを挟んで導電型領域３２、３４に連結される電極４２、４４とを含む。このとき、導電型領域３２、３４は、第１の導電型を有する第１の導電型領域３２と、第２の導電型を有する第２の導電型領域３４とを含むことができる。そして、電極４２、４４は、第１の導電型領域３２に連結される第１の電極４２と、第２の導電型領域３４に連結される第２の電極４４とを含むことができる。そして、太陽電池１５０は、トンネリング層２０、パッシベーション膜２４、反射防止膜２６、絶縁層４０ｂなどをさらに含むことができる。以下では、これをより詳細に説明する。
半導体基板１０は、第２の導電型ドーパントを相対的に低いドーピング濃度で含むベース領域１１０を含むことができる。ベース領域１１０は、第２の導電型ドーパントを含む結晶質半導体で構成することができる。一例として、ベース領域１１０は、第２の導電型ドーパントを含む単結晶または多結晶半導体（一例として、単結晶または多結晶シリコン）で構成することができる。特に、ベース領域１１０は、第２の導電型ドーパントを含む単結晶半導体（例えば、単結晶半導体ウェハー、より具体的には、半導体シリコンウェハー）で構成することができる。このようにベース領域１１０が単結晶シリコンで構成されると、太陽電池１５０が単結晶シリコン太陽電池を構成するようになる。このように単結晶半導体を有する太陽電池１５０は、結晶性が高いことから欠陥が少ないベース領域１１０または半導体基板１０を基盤とするので、電気的特性に優れる。
第２の導電型ドーパントは、ｐ型またはｎ型であり得る。一例として、ベース領域１１０がｎ型を有すると、ベース領域１１０と光電変換によってキャリアを形成する接合（一例として、トンネリング層２０を挟んだｐｎ接合）を形成するｐ型の第１の導電型領域３２を広く形成し、光電変換面積を増加させることができる。また、この場合、広い面積を有する第１の導電型領域３２は、移動速度が相対的に遅い正孔を効果的に収集し、光電変換効率の向上にさらに寄与することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
そして、半導体基板１０は、前面側に位置する前面電界領域１３０を含むことができる。前面電界領域１３０は、ベース領域１１０と同一の導電型を有しながら、ベース領域１１０より高いドーピング濃度を有することができる。
本実施例では、前面電界領域１３０が、半導体基板１０に第２の導電型ドーパントを相対的に高いドーピング濃度でドーピングして形成されたドーピング領域として構成された場合を例示した。これによって、前面電界領域１３０は、第２の導電型を有する結晶質（単結晶または多結晶）半導体を含んで半導体基板１０の一部を構成するようになる。一例として、前面電界領域１３０は、第２の導電型を有する単結晶半導体基板（一例として、単結晶シリコンウェハー基板）の一部分を構成することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。したがって、半導体基板１０と異なる別個の半導体層（例えば、非晶質半導体層、微結晶半導体層、または多結晶半導体層）に第２の導電型ドーパントをドーピングして前面電界領域１３０を形成することもできる。または、前面電界領域１３０は、半導体基板１０に隣接して形成された層（例えば、パッシベーション膜２４及び／または反射防止膜２６）の固定電荷によってドーピングされたものと類似する役割をする電界領域として構成することもできる。例えば、ベース領域１１０がｎ型である場合は、パッシベーション膜２４が固定陰電荷を有する酸化物（例えば、アルミニウム酸化物）で構成され、ベース領域１１０の表面に反転領域を形成し、これを電界領域として用いることができる。この場合、半導体基板１０は、別途のドーピング領域を備えておらず、ベース領域１１０のみで構成されるので、半導体基板１０の欠陥を最小化することができる。その他の多様な方法によって多様な構造の前面電界領域１３０を形成することができる。
本実施例において、半導体基板１０の前面は、テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）され、ピラミッドなどの形態の凹凸を有することができる。このようなテクスチャリングによって半導体基板１０の前面などに凹凸が形成され、表面粗さが増加すると、半導体基板１０の前面を介して入射される光の反射率を低下させることができる。したがって、ベース領域１１０と第１の導電型領域３２によって形成されたｐｎ接合まで到逹する光の量を増加させることができ、光の損失を最小化することができる。
そして、半導体基板１０の後面は、鏡面研磨などによって前面より低い表面粗さを有する相対的に滑らかで且つ平坦な面からなり得る。これは、本実施例のように、半導体基板１０の後面側に第１及び第２の導電型領域３２、３４が共に形成される場合、半導体基板１０の後面の特性によって太陽電池１５０の特性が大きく変わり得るためである。これによって、半導体基板１０の後面にはテクスチャリングによる凹凸を形成しないので、パッシベーション特性を向上させることができ、これによって太陽電池１５０の特性を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、場合に応じて、半導体基板１０の後面にテクスチャリングによる凹凸を形成することもでき、その他の多様な変形も可能である。
半導体基板１０の後面上において、半導体基板１０と導電型領域３２、３４との間にトンネリング層２０が形成される。トンネリング層２０によって半導体基板１０の後面の界面特性を向上させることができ、光電変換によって生成されたキャリアがトンネリング効果によって円滑に伝達されるようになる。このようなトンネリング層２０は、キャリアがトンネリングされ得る多様な物質を含むことができ、一例として、酸化物、窒化物、半導体、伝導性高分子などを含むことができる。例えば、トンネリング層２０は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、真性非晶質シリコン、真性多結晶シリコンなどを含むことができる。このとき、トンネリング層２０は、半導体基板１０の後面に全体的に形成することができる。これによって、トンネリング層２０は、半導体基板１０の後面を全体的にパッシベーションすることができ、別途にパターニングすることなく容易に形成することができる。
トンネリング効果を十分に具現できるように、トンネリング層２０の厚さＴ１は、絶縁層４０ｂの厚さより小さくなり得る。一例として、トンネリング層２０の厚さＴ１は、１０ｎｍ以下、すなわち、０．５ｎｍ〜１０ｎｍ（より具体的には、０．５ｎｍ〜５ｎｍ、一例として、１ｎｍ〜４ｎｍ）であり得る。トンネリング層２０の厚さＴ１が１０ｎｍを超えると、トンネリングが円滑に起こらないため太陽電池１５０が作動しない場合もあり、トンネリング層２０の厚さＴ１が０．５ｎｍ未満であると、所望の品質のトンネリング層２０を形成しにくい場合もある。トンネリング効果をより向上させるためのトンネリング層２０の厚さＴ１は、１．２ｎｍ〜１．８ｎｍであり得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、トンネリング層２０の厚さＴ１は多様な値を有することができる。
トンネリング層２０上には導電型領域３２、３４が位置し得る。より具体的に、導電型領域３２、３４は、第１の導電型ドーパントを有して第１の導電型を示す第１の導電型領域３２と、第２の導電型ドーパントを有して第２の導電型を示す第２の導電型領域３４とを含むことができる。そして、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４との間にはバリア領域３６が位置し得る。
第１導電型領域３２は、ベース領域１１０とトンネリング層２０を挟んでｐｎ接合（またはｐｎトンネル接合）を形成し、光電変換によってキャリアを生成するエミッタ領域を構成する。
このとき、第１の導電型領域３２は、ベース領域１１０と反対の第１の導電型ドーパントを含む半導体（一例として、シリコン）を含むことができる。本実施例において、第１の導電型領域３２は、半導体基板１０上（より明確には、トンネリング層２０上）で半導体基板１０と別個に形成され、第１の導電型ドーパントがドーピングされた半導体層で構成される。これによって、第１の導電型領域３２は、半導体基板１０上に容易に形成されるように半導体基板１０と異なる結晶構造を有する半導体層で構成することができる。例えば、第１の導電型領域３２は、蒸着などの多様な方法によって容易に製造され得る非晶質半導体、微結晶半導体、または多結晶半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコン）などに第１の導電型ドーパントをドーピングして形成することができる。第１の導電型ドーパントは、半導体層を形成する工程で半導体層に共に含まれるか、または、半導体層を形成した後、熱拡散法、イオン注入法などの多様なドーピング方法によって半導体層に含まれ得る。
このとき、第１の導電型ドーパントは、ベース領域１１０と反対の導電型を示すことができるドーパントであれば十分である。すなわち、第１の導電型ドーパントがｐ型である場合は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの３族元素を使用することができる。第１の導電型ドーパントがｎ型である場合は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を使用することができる。
第２の導電型領域３４は、後面電界を形成し、半導体基板１０の表面（より正確には、半導体基板１０の後面）で再結合によってキャリアが損失されることを防止する後面電界領域を構成する。
このとき、第２の導電型領域３４は、ベース領域１１０と同一の第２の導電型ドーパントを含む半導体（一例として、シリコン）を含むことができる。本実施例において、第２の導電型領域３４は、半導体基板１０上（より明確には、トンネリング層２０上）で半導体基板１０と別個に形成され、第２の導電型ドーパントがドーピングされた半導体層で構成される。これによって、第２の導電型領域３４は、半導体基板１０上に容易に形成されるように半導体基板１０と異なる結晶構造を有する半導体層で構成することができる。例えば、第２の導電型領域３４は、蒸着などの多様な方法によって容易に製造され得る非晶質半導体、微結晶半導体、または多結晶半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコン）などに第２の導電型ドーパントをドーピングして形成することができる。第２の導電型ドーパントは、半導体層を形成する工程で半導体層に共に含まれるか、または、半導体層を形成した後、熱拡散法、イオン注入法などの多様なドーピング方法によって半導体層に含まれ得る。
このとき、第２の導電型ドーパントは、ベース領域１１０と同一の導電型を示すことができるドーパントであれば十分である。すなわち、第２の導電型ドーパントがｎ型である場合は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を使用することができる。第２の導電型ドーパントがｐ型である場合は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの３族元素を使用することができる。
そして、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４との間にバリア領域３６が位置し、このバリア領域３６が第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４を互いに離隔させる。第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４が互いに接触する場合は、シャント（ｓｈｕｎｔ）が発生し、太陽電池１５０の性能を低下させ得る。これによって、本実施例では、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４との間にバリア領域３６を位置させ、不必要なシャントを防止することができる。
バリア領域３６は、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４との間でこれらを実質的に絶縁できる多様な物質を含むことができる。すなわち、バリア領域３６は、ドーピングされてない（すなわち、アンドープ）絶縁物質（一例として、酸化物、窒化物）などを含むことができる。または、バリア領域３６が真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）半導体を含むこともできる。このとき、第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４とバリア領域３６が同一平面上で形成され、実質的に同一の厚さを有し、同一の半導体（一例として、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン）で構成されるが、実質的にドーパントを含まない場合もある。一例として、半導体物質を含む半導体層を形成した後、半導体層の一部領域に第１の導電型ドーパントをドーピングすることによって第１の導電型領域３２を形成し、他の領域の一部に第２の導電型ドーパントをドーピングすることによって第２の導電型領域３４を形成すると、第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４が形成されていない領域がバリア領域３６を構成できるようになる。これによると、第１の導電型領域３２、第２の導電型領域３４及びバリア領域３６の製造方法を単純化することができる。
しかし、本発明がこれに限定されることはない。したがって、バリア領域３６を第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４と別途に形成した場合は、バリア領域３６の厚さが第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４の厚さと異なり得る。一例として、第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４のショートをより効果的に防止するために、バリア領域３６が第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４より厚い厚さを有する場合もある。または、バリア領域３６を形成するための原料を節減するために、バリア領域３６の厚さを第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４の厚さより小さくすることもでき、その他の多様に変形可能であることは当然である。また、バリア領域３６の基本構成物質は、第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４と異なる物質を含むこともできる。または、バリア領域３６は、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４との間に位置した空間（例えば、トレンチ）で構成することもできる。
そして、バリア領域３６は、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４との境界の一部のみを離隔させるように形成することもできる。これによると、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４との境界の他の一部が互いに接触する場合もある。また、バリア領域３６は、必ずしも備えられるべきものではなく、第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４が全体的に接触して形成されることも可能であり、その他に多様に変形可能である。
ここで、ベース領域１１０と同一の導電型を有する第２の導電型領域３４の面積より、ベース領域１１０と異なる導電型を有する第１の導電型領域３２の面積を広く形成することができる。これによって、ベース領域１１０と第１の導電型領域３２との間でトンネリング層２０を通じて形成されるｐｎ接合をより広く形成することができる。このとき、ベース領域１１０及び第２の導電型領域３４がｎ型の導電型を有し、第１の導電型領域３２がｐ型の導電型を有する場合、広く形成された第１の導電型領域３２により、移動速度が相対的に遅い正孔を効果的に収集することができる。このような第１の導電型領域３２、第２の導電型領域３４及びバリア領域３６の平面構造は、以下で図３を参照してより詳細に説明する。
本実施例では、導電型領域３２、３４がトンネリング層２０を挟んで半導体基板１０の後面上に位置する場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、トンネリング層２０が備えられず、導電型領域３２、３４が、半導体基板１０にドーパントをドーピングして形成されたドーピング領域として構成されることも可能である。その他の多様な方法によって導電型領域３２、３４を形成することができる。
また、本実施例では、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４が半導体基板１０の同一の一面（一例として、後面）に共に形成され、その上に保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂが形成された場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されることはない。したがって、第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４のうちいずれか一つが半導体基板１０の一面（前面または後面）に位置し、他の一つが半導体基板１０の他面（後面または前面）に位置し得る。この場合は、第１の導電型領域３２上に保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂが形成され、及び／または第２の導電型領域３４上に更に他の保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂが形成され得る。したがって、本明細書において、導電型領域３２、３４、電極４２、４４、保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂに対する説明は、第１の導電型領域３２、第１の電極４２、保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂに対する説明でもあり、第２の導電型領域３４とこれを覆う保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂに対する説明でもあり、第１及び第２の導電型領域３２、３４とこれを共に覆う保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂに対する説明でもあり得る。
導電型領域３２、３４とバリア領域３６上に保護膜４０ａが形成され、その上に絶縁層４０ｂが形成され得る。絶縁層４０ｂは、第１の導電型領域３２と第１の電極４２との連結のための第１の開口部４０２と、第２の導電型領域３４と第２の電極４４との連結のための第２の開口部４０４とを備える。これによって、絶縁層４０ｂは、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４が連結されてはならない電極（すなわち、第１の導電型領域３２の場合は第２の電極４４、第２の導電型領域３４の場合は第１の電極４２）と連結されることを防止する役割をする。導電型領域３２、３４、そして、バリア領域３６上でこれらと絶縁層４０ｂとの間に位置する保護膜４０ａは、絶縁層４０ｂに第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成するときに発生し得る導電型領域３２、３４の損傷を防止する役割をする。また、保護膜４０ａは、導電型領域３２、３４をパッシベーションする効果を有することができる。
保護膜４０ａは、電極４２、４４が位置していない部分では導電型領域３２、３４と絶縁層４０ｂとの間に位置し、電極４２、４４が位置した部分では導電型領域３２、３４と電極４２、４４との間に位置する。一例として、保護膜４０ａは、電極４２、４４が位置していない部分では導電型領域３２、３４と絶縁層４０ｂとの間でこれらに接触し、電極４２、４４が位置した部分では導電型領域３２、３４と電極４２、４４との間でこれらに接触し得る。
上述したように、保護膜４０ａは、第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成するときに発生し得る導電型領域３２、３４の損傷を防止する役割をする。本実施例と異なり、保護膜４０ａが存在しない場合は、エッチングなどによって絶縁層４０ｂを貫通するように絶縁層４０ｂの一部分を除去して第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成するとき、絶縁層４０ｂの下側に位置する導電型領域３２、３４の一部も除去されたり、導電型領域３２、３４の特性が低下し得る。このように導電型領域３２、３４に損傷が発生すると、太陽電池１５０の特性及び効率が低下する。これによって、本実施例では、導電型領域３２、３４上に保護膜４０ａを位置させ、絶縁層４０ｂを除去する物質、物体などが保護膜４０ａに接触するようにし、導電型領域３２、３４には接触しないようにする。これによって、導電型領域３２、３４の損傷を根本的に防止することができる。
これによって、第１及び第２の開口部４０２、４０４の形成時に発生し得るエッチング跡が保護膜４０ａの上面（すなわち、電極４２、４４と接触する面）に形成され得る。エッチング跡は、多様なエッチング方法によって形成され、多様な形状、特性などを有する跡を意味する。このようなエッチング跡は、多様な方法によって認識することができる。
一例として、本実施例において、第１及び第２の開口部４０２、４０４は、レーザエッチングによって形成され得るが、これによって、保護膜４０ａに（特に、保護膜４０ａの上面に）レーザエッチング跡が位置し得る。レーザエッチング時に保護膜４０ａが除去されない条件で工程を行うようになるが、工程誤差などによって保護膜４０ａの上面にレーザエッチング跡が位置し得る。レーザエッチング時に絶縁層４０ｂの一部を溶かして第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成するので、レーザエッチング跡は、溶けてから再び凝固された跡でもあり、保護膜４０ａの上面側の一部が破れてから凝固された跡でもあり得る。または、図面に示したように、レーザエッチング時に保護膜４０ａの上面側の一部が除去され、保護膜４０ａには導電型領域３２、３４側に窪んだ凹部Ｒが形成され得るが、このような凹部Ｒをレーザエッチング跡と見なすこともできる。凹部Ｒは、保護膜４０ａの厚さの１０％〜２０％の高さを有して形成され得る。すなわち、凹部Ｒが形成された部分における保護膜４０ａの厚さは、凹部Ｒが形成されていない保護膜４０ａの他の部分の厚さより１０％〜２０％薄い厚さを有し、８０％〜９０％の厚さを有することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、凹部Ｒの高さなどは多様に変わり得る。その他にも、多様な方法によってレーザエッチングが行われたと見なせる多様なパターン、特性などをレーザエッチング跡と見なすことができる。
本実施例においては、凹部Ｒがレーザエッチング跡として形成された場合を説明したが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、保護膜４０ａにおいて、第１及び第２の開口部４０２、４０４に対応して別途の工程で凹部Ｒをさらに形成することも可能である。そうすると、第１及び第２の開口部４０２、４０４が形成され、電極４２、４４と連結される部分における保護膜４０ａの厚さを減少させることができ、保護膜４０ａを通じたトンネリングがより円滑に行われるようになる。この場合は、第１及び第２の開口部４０２、４０４が形成された部分における保護膜４０ａの厚さが所望の厚さを有するように、凹部Ｒの高さを調節することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
そして、保護膜４０ａは、第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成した後で行われる多様な工程で導電型領域３２、３４が損傷することを防止することができる。例えば、第１及び第２の開口部４０２、４０４内にスパッターなどの方法で電極４２、４４を形成すると、第１及び第２の開口部４０２、４０４によって露出した表面がプラズマに露出する。このとき、本実施例と異なり、保護膜４０ａを備えない場合は、導電型領域３２、３４がプラズマに直接露出し、表面損傷が発生し得る。その一方、本実施例のように保護膜４０ａを備える場合は、保護膜４０ａにより、導電型領域３２、３４がプラズマに露出したり、プラズマが発生することを防止することができる。また、保護膜４０ａは、導電型領域３２、３４の表面をパッシベーションする役割をし、パッシベーション特性を向上させることができる。
このような保護膜４０ａは、導電型領域３２、３４上に全体的に形成される。これによって、保護膜４０ａのパターニングのための別途の工程などを追加しなくてもよいので、工程を単純化することができ、保護膜４０ａによるパッシベーション効果などを向上させることができる。
このような保護膜４０ａにより、電極４２、４４は、保護膜４０ａを挟んで導電型領域３２、３４に連結され得る。このとき、保護膜４０ａは、トンネリング層として機能し、キャリアがトンネリングによって電極４２、４４に移動できるようにする。すなわち、本実施例では、半導体基板１０と導電型領域３２、３４との間にトンネリング層２０を備え、導電型領域３２、３４とトンネリング層としての役割をする保護膜４０ａを備えると見なすことができる。これによって、キャリアが移動する半導体基板１０と導電型領域３２、３４との間の界面、導電型領域３２、３４と保護膜４０ａとの界面でキャリアがトンネリングによって移動できるようにし、パッシベーション特性を向上させながらキャリアが円滑に移動できるようにする。
トンネリング効果を十分に具現できるように、保護膜４０ａの厚さ（より正確には、凹部Ｒが位置していない部分での厚さ）Ｔ２は、絶縁層４０ｂの厚さより薄くなり得る。一例として、保護膜４０ａの厚さＴ２は、１０ｎｍ以下、すなわち、０．５ｎｍ〜１０ｎｍ（より具体的には、０．５ｎｍ〜５ｎｍ、一例として、１ｎｍ〜４ｎｍ）であり得る。保護膜４０ａの厚さＴ２が１０ｎｍを超えると、トンネリングが円滑に起こらないため太陽電池１５０が作動しない場合もあり、保護膜４０ａの厚さＴ２が０．５ｎｍ未満であると、第１及び第２の開口部４０２、４０４の形成時に保護膜４０ａが貫通され、所望の効果を具現しにくい場合もある。トンネリング効果をより向上させ、保護膜４０ａの貫通を効果的に防止するための保護膜４０ａの厚さＴ２は、１ｎｍ〜３ｎｍであり得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、保護膜４０ａの厚さＴ２が５０ｎｍ以下の値を有する場合などに多様に変形可能である。
保護膜４０ａ上において、電極４２、４４が位置しない部分には絶縁層４０ｂが位置し得る。絶縁層４０ｂは、トンネリング層２０及び保護膜４０ａより厚い厚さを有することができる。これによって、絶縁特性及びパッシベーション特性を向上させることができる。絶縁層４０ｂは、電極４２、４４が位置する部分に対応して第１及び第２の開口部４０２、４０４を備えることができる。
第１及び第２の開口部４０２、４０４の形成時、絶縁層４０ｂは除去され、保護膜４０ａは除去されずに残存しなければならない。このために多様な方法を使用できるが、一例として、第１及び第２の開口部４０２、４０４の形成時にレーザエッチングを用いる場合は、保護膜４０ａと絶縁層４０ｂのバンドギャップを互いに異ならせることができる。すなわち、保護膜４０ａのバンドギャップは、導電型領域３２、３４及び絶縁層４０ｂのバンドギャップより大きく、レーザエッチングに使用されるレーザのバンドギャップは、絶縁層４０ｂのバンドギャップと保護膜４０ａのバンドギャップとの間の値を有することができる。レーザのバンドギャップは、レーザの波長と関連するので、レーザ波長から換算された値を使用することができる。そうすると、レーザのバンドギャップより小さいバンドギャップを有する絶縁層４０ｂは、レーザによって溶けて除去され、レーザのバンドギャップより大きいバンドギャップを有する保護膜４０ａは、レーザを透過させてそのまま残存するようになる。これによって、レーザエッチング時、絶縁層４０ｂに第１及び第２の開口部４０２、４０４が形成され、保護膜４０ａはそのまま残存したり、レーザエッチング跡のみが形成され得る。
参照までに、導電型領域３２、３４が多結晶半導体層を含む場合、導電型領域３２、３４のバンドギャップは、約１．１２ｅＶのバンドギャップを有し、絶縁層４０ｂと同じかこれより小さいバンドギャップを有するようになる。したがって、保護膜４０ａを備えない場合は、絶縁層４０ｂのエッチング時に導電型領域３２、３４の一部もエッチングされ、導電型領域３２、３４の損傷が発生し得る。一方、本実施例では、導電型領域３２、３４より大きいバンドギャップを有する保護膜４０ａを形成し、絶縁層４０ｂのエッチング時に導電型領域３２、３４がエッチングされないように保護することができる。
例えば、保護膜４０ａのバンドギャップは、３ｅＶ以上のバンドギャップを有することができ、絶縁層４０ｂは、３ｅＶより小さいバンドギャップを有することができる。より具体的には、保護膜４０ａのバンドギャップは５ｅＶ以上（例えば、５ｅＶ〜１０ｅＶ）で、絶縁層４０ｂのバンドギャップは、０．５ｅＶ以上、３ｅＶ未満であり得る。これは、レーザエッチング時に使用されるレーザの波長を考慮したものであるが、レーザの波長が変わると、上述した値も変わり得る。レーザエッチング時に使用されるレーザに対しては、以下の製造方法でより詳細に説明する。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
バンドギャップを調節する方法としては多様な方法が使用され得るが、本実施例では、物質によってバンドギャップが異なることを考慮して、保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂの物質を互いに異ならせることができる。例えば、保護膜４０ａは、バンドギャップが相対的に高い酸化物（例えば、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物など）または非晶質シリコンなどを含むことができる。酸化物は、５ｅＶ以上の高いバンドギャップ（概して８ｅＶ〜９ｅＶ）を有するので、レーザエッチングなどがあるとしてもエッチングされずに残存し得る。非晶質シリコンも、３ｅＶ以上のバンドギャップを有するので、レーザエッチングによってエッチングされずに残存し得る。保護膜４０ａは、単一膜または２個以上の膜が組み合わされた多層膜構造を有することができる。
絶縁層４０ｂは、バンドギャップが相対的に小さい窒化物、炭化物（例えば、シリコン窒化物またはシリコン炭化物など）を含むことができる。このようなシリコン窒化物またはシリコン炭化物は、組成によって多少差はあるが、概して３ｅＶ未満（例えば、０．５ｅＶ〜３ｅＶ）のバンドギャップを有する。絶縁層４０ｂは、単一膜または２個以上の膜が組み合わされた多層膜構造を有することができる。
半導体基板１０の後面に位置する電極４２、４４は、第１の導電型領域３２に電気的及び物理的に連結される第１の電極４２と、第２の導電型領域３４に電気的及び物理的に連結される第２の電極４４とを含む。
このとき、第１の電極４２は、絶縁層４０ｂの第１の開口部４０２を貫通して保護膜４０ａを挟んで第１の導電型領域３２に連結され、第２の電極４４は、絶縁層４０ｂの第２の開口部４０４を貫通して保護膜４０ａを挟んで第２の導電型領域３４に連結される。このような第１及び第２の電極４２、４４は、多様な金属物質を含むことができる。そして、第１及び第２の電極４２、４４は、互いに電気的に連結されないと共に、第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４にそれぞれ連結され、生成されたキャリアを収集して外部に伝達できる多様な平面形状を有することができる。すなわち、本発明が第１及び第２の電極４２、４４の平面形状に限定されることはない。
以下では、図２の拡大円を参照して第１及び／または第２の電極４２、４４の積層構造を詳細に説明した後、図３を参照して第１及び／または第２の電極４２、４４の平面形状を詳細に説明する。図２の拡大円及び以下の説明では第１の電極４２を例示して説明したが、第２の電極４４も、これと同一または極めて類似する構造を有することができる。これによって、下記の第１の電極４２の積層構造は第２の電極４４にも適用することができる。
図２の拡大円を参照すると、第１の電極４２は、半導体層で構成された第１の導電型領域３２（第２の電極４４の場合は第２の導電型領域３４）上に位置する保護膜４０ａに接触して形成され、透過性及び伝導性を有する接着層４２０と、接着層４２０上に形成される電極層４２２とを含むことができる。ここで、電極層４２２は、光電変換によって生成されたキャリアを収集して外部に伝達する電極の基本的な役割を行い、接着層４２０は、保護膜４０ａ及び半導体層と電極層４２２との接触特性及び接着特性を向上させるなどの役割をすることができる。
接着層４２０は、保護膜４０ａと電極層４２２との間でこれらに接触して形成され得る。接着層４２０は、伝導性を有し、保護膜４０ａ及び半導体層との接触特性に優れた金属を含むことができる。これによって、第１の電極４２の伝導性を低下させないと共に、保護膜４０ａと電極層４２２との接着特性を向上させることができる。接着層４２０と導電型領域３２、３４との接触特性を向上できるように、接着層４２０の熱膨張係数は、導電型領域３２、３４の熱膨張係数と電極層４２２において接着層４２０に隣接した部分の熱膨張係数との間の値を有することができる。接着層４２０が導電型領域３２、３４と直接接触することはないが、保護膜４０ａの厚さが薄いので、熱膨張係数などの特性は導電型領域３２、３４の特性を考慮することができる。
これをより詳細に説明すると、導電型領域３２、３４と第１の電極４２との間の熱膨張係数の差が大きいと、太陽電池１５０を形成するための多様な熱処理工程時、導電型領域３２、３４と第１の電極４２との間の界面接触特性が低下し得る。これによって、導電型領域３２、３４と第１の電極４２との間のコンタクト抵抗が高くなり得る。これは、導電型領域３２、３４または第１の電極４２の線幅を減少させ、導電型領域３２、３４と第１の電極４２との接触面積が減少する場合にさらに大きな問題になり得る。これによって、本実施例では、第１の電極４２のうち導電型領域３２、３４に接触する接着層４２０の熱膨張係数を限定し、導電型領域３２、３４と第１の電極４２との間の熱膨張係数を減少させ、界面接触特性を向上させる。
導電型領域３２、３４がシリコンを含む場合、熱膨張係数が約４．２ｐｐｍ／Ｋで、電極層４２２において接着層４２０に隣接した部分（一例として、本実施例では、第１の電極層４２２ａ）を構成できる銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの熱膨張係数が約１４．２ｐｐｍ／Ｋ以上である。より具体的に、銅の熱膨張係数が約１６．５ｐｐｍ／Ｋで、アルミニウムの熱膨張係数が約２３．０ｐｐｍ／Ｋで、銀の熱膨張係数が約１９．２ｐｐｍ／Ｋで、金の熱膨張係数が約１４．２ｐｐｍ／Ｋである。
これを考慮して、接着層４２０を構成する物質（一例として、金属）の熱膨張係数が約４．５ｐｐｍ／Ｋ〜約１４ｐｐｍ／Ｋであり得る。熱膨張係数が４．５ｐｐｍ／Ｋ未満であるか、１４ｐｐｍ／Ｋを超えると、半導体層との熱膨張係数の差を減少させ、接着特性を向上させる効果が十分でない場合もある。これを考慮して、接着層４２０は、熱膨張係数が約８．４ｐｐｍ／Ｋであるチタン（Ｔｉ）、または熱膨張係数が約４．６ｐｐｍ／Ｋであるタングステン（Ｗ）を含むことができ、一例として、チタンまたはタングステンからなり得る。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
このように接着層４２０がチタンまたはタングステンを含むと、導電型領域３２、３４と第１の電極４２との間の熱膨張係数を減少させることによって接触特性を向上させることができる。そして、チタンまたはタングステンは、電極層４２２において接着層４２０に隣接した部分（一例として、本実施例では、第１の電極層４２２ａ）を構成する物質（例えば、銅など）のバリアとして機能することができ、これらが導電型領域３２、３４または半導体基板１０に拡散することを防止することができる。これによって、電極層４２２を構成する物質が導電型領域３２、３４または半導体基板１０に拡散して発生し得る問題を防止することができる。
このとき、本実施例に係る接着層４２０は、光が透過し得る透過性を有することができる。接着層４２０が金属を含む場合にも、厚さが小さいと透過性を有し得るので、本実施例では、接着層４２０の厚さを一定水準以下に限定し、接着層４２０が透過性を有し得るようにする。このように接着層４２０が透過度を有すると、接着層４２０を通過した光を、接着層４２０上に形成される電極層４２２または電極層４２２の一部を構成する層（例えば、第１の電極層４２２ａ）から反射させ、再び半導体基板１０の内部に向かうようにする。これによって、光を第１の電極４２から反射させ、半導体基板１０に存在する光の量及び残留時間を増加させ、太陽電池１５０の効率を向上させることができる。
ここで、透過性とは、光を１００％透過する場合のみならず、光の一部を透過する場合も含む。すなわち、接着層４２０は、金属透過膜または金属半透過膜で構成することができる。例えば、接着層４２０は、５０％〜１００％の透過度を有することができ、より具体的には、８０％〜１００％の透過度を有することができる。接着層４２０の透過度が５０％未満であると、電極層４２２から反射される光の量が十分でないので、太陽電池１５０の効率を十分に向上させにくい場合もある。接着層４２０の透過度が８０％以上であると、電極層４２２から反射される光の量をより増加させることができ、太陽電池１５０の効率向上にさらに寄与することができる。
このために、接着層４２０の厚さは、電極層４２２の厚さより小さくなり得る。そして、本実施例のように、接着層４２０の厚さは、電極層４２２が複数の層（例えば、第１の電極層４２２ａ、第２の電極層４２２ｂ、第３の電極層４２２ｄ、シード電極層４２２ｃ）で構成される場合、電極層４２２を構成する複数の層のそれぞれの厚さより小さくなり得る。これによって、接着層４２０が透過性を有するように形成され得る。
具体的に、接着層４２０の厚さは５０ｎｍ以下であり得る。接着層４２０の厚さが５０ｎｍを超えると、接着層４２０の透過度が低下し、電極層４２２に向かわせる光の量が十分でない場合もある。接着層４２０の厚さを１５ｎｍ以下にし、接着層４２０の透過度をより向上させることができる。ここで、接着層４２０の厚さは５ｎｍ〜５０ｎｍ（一例として、５ｎｍ〜１５ｎｍ）であり得る。接着層４２０の厚さが５ｎｍであると、接着層４２０が均一に形成されにくい場合もあり、接着層４２０による接着特性向上効果が十分でない場合もある。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、接着層４２０の厚さなどは、物質、工程条件などを考慮して変更可能である。
接着層４２０上に形成される電極層４２２は、多様な特性などを向上できるように複数の層を含むことができる。本実施例において、電極層４２２は、接着層４２０上に形成され、反射物質を含む第１の電極層４２２ａと、第１の電極層４２２ａ上に形成され、リボン１４４と連結（一例として、接触）する第２の電極層４２２ｂとを含む。そして、第１の電極層４２２ａと第２の電極層４２２ｂとの間に形成されるシード電極層４２２ｃ、第３の電極層４２２ｄなどをさらに含むことができる。以下では、積層順序に従って電極層４２２を構成する複数の層を説明する。
接着層４２０上に形成される第１の電極層４２２ａは、接着層４２０と接触して形成され得る。第１の電極層４２２ａは、電極層４２２を構成する物質などが導電型領域３２、３４または半導体基板１０に向かうことを防止するバリアとして役割をすると共に、反射物質によって反射が行われるようにする役割をする。すなわち、第１の電極層４２２ａは、バリア層としての役割をすると共に、反射電極層としての役割をすることができる。このような第１の電極層４２２ａは、反射特性に優れた金属で構成することができ、一例として、銅、アルミニウム、銀、金、またはこれらの合金を含むことができる。第１の電極層４２２ａ上に銅などを含むか、銅からなるシード電極層４２２ｃが位置する場合、第１の電極層４２２ａは、アルミニウム、銀、金、またはこれらの合金を含むか、アルミニウム、銀、金、またはこれらの合金からなり得る。
第１の電極層４２２ａは、接着層４２０より厚い厚さを有しながら５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有することができる。一例として、第１の電極層４２２ａの厚さは１００ｎｍ〜３００ｎｍであり得る。第１の電極層４２２ａの厚さが５０ｎｍ未満であると、バリア層及び反射電極層としての役割をなしにくい場合もある。第１の電極層４２２ａの厚さが３００ｎｍを超えると、反射特性などが大きく向上しないと共に、製造費用は増加し得る。第１の電極層４２２ａの厚さが１００ｎｍ〜３００ｎｍであると、バリア層及び反射電極層としての機能をさらに向上させることができる。
そして、接着層４２０：第１の電極層４２２ａの厚さの比率は１：２〜１：６０であり得る。より具体的に、接着層４２０：第１の電極層４２２ａの厚さの比率は１：１０〜１：３０であり得る。上述した厚さの比率が１：２未満であると、接着層４２０の厚さが厚いため透過度が低下したり、第１の電極層４２２ａの厚さが薄いため反射特性などが低下し得る。上述した厚さの比率が１：６０を超えると、第１の電極層４２２ａの厚さが厚いため製造費用が増加し得る。前記厚さの比率が１：１０〜１：３０であると、接着層４２０の特性及び第１の電極層４２２ａの特性を共に向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、厚さの比率などは多様に変形可能である。
第１の電極層４２２ａ上に位置するシード電極層４２２ｃは、シード電極層４２２ｃ上に形成される第３の電極層４２２ｄ（第３の電極層４２２ｄが備えられない場合は第２の電極層４２２ｂ、以下同じ。）のシードとしての役割をし、第３の電極層４２２ｄが容易に形成されるようにする。すなわち、シード電極層４２２ｃは、第１の電極層４２２ａと第３の電極層４２２ｄとの間に位置し、これらに接触して形成され得る。
第３の電極層４２２ｄは、めっきなどによって形成される層であり得るが、第３の電極層４２２ｄがめっきによってうまく形成されるように第１の電極層４２２ａと第３の電極層４２２ｄとの間にシード電極層４２２ｃを形成する。第３の電極層４２２ｄが銅を含む場合、シード電極層４２２ｃは、銅を含むか、銅からなり得る。これによって、めっきによって銅を含むように形成される第３の電極層４２２ｄは、シード電極層４２２ｃをシードとして、容易で且つ優れた特性を有するように形成することができる。
シード電極層４２２ｃは、５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有することができる。シード電極層４２２ｃの厚さが５０ｎｍ未満であると、シード電極層４２２ｃによる効果が十分でない場合もあり、シード電極層４２２ｃの厚さが２００ｎｍを超えると、製造費用などが増加し得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、シード電極層４２２ｃの厚さなどは多様に変形可能である。
上述した接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃは、スパッタリング方法などによって形成することができる。このように、スパッタリング方法によって第１の電極４２を形成するとき、保護膜４０ａは、スパッタリング工程で発生し得る導電型領域３２、３４の損傷を防止する役割をすることができる。より具体的に、絶縁層４０ｂの第１の開口部４０２（第２の電極４４の場合は第２の開口部４０４）を充填するように接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃのそれぞれを構成する各金属層を全体的に形成した後、各金属層をパターニングすることによって第１の電極４２（及び／または第２の電極４４）の接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃを形成することができる。パターニング方法としては多様な方法が適用され得るが、一例として、レジストとエッチング溶液を用いた方法が適用され得る。
このようにスパッタリングによって形成された接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃは、ほとんど厚さ方向に積層されるので、均一な厚さを有するように積層される。そして、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃは、これらに該当する各金属層を全体的に順次形成した後、これらを同一のレジスト（またはマスク）を用いて共にパターニングして形成されるので、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃのうち少なくとも一部の側面断面が互いに連続的に形成され得る。そして、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃのうち少なくとも一部の面積誤差範囲は、１０％以内（例えば、５％以内）の値を有することができる。このような厚さ、形状、面積差などにより、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃがスパッタリング法によって形成され、共にパターニングされたことが分かる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃは多様な方法によって形成することもできる。
第３の電極層４２２ｄは、シード電極層４２２ｃ上でシード電極層４２２ｃに接触して形成され得る。第３の電極層４２２ｄは、電極層４２２の抵抗を低下させ、電気伝導度を向上させる役割を行い、実質的に電流を伝達する伝導層としての役割を行うことができる。第３の電極層４２２ｄは、価格が低く、伝導度に優れた金属（例えば、銅）を含むことができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、第３の電極層４２２ｄは公知の多様な金属を含むことができる。
このような第３の電極層４２２ｄは、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ、シード電極層４２２ｃ及び第２の電極層４２２ｂより厚い厚さを有することができる。例えば、第３の電極層４２２ｄは、２０μｍ〜３０μｍの厚さを有することができる。第３の電極層４２２ｄの厚さが２０μｍ未満であると、抵抗を十分に低下させにくい場合もあり、第２の電極層４２２ｂの厚さが３０μｍを超えると、工程時間が増加し、製造費用が増加し得る。
第３の電極層４２２ｄは、シード電極層４２２ｃをシードとして、めっきによって形成することができる。このように第３の電極層４２２ｄをめっきによって形成すると、十分な厚さを有する第３の電極層４２２ｄを短い時間内に形成することができる。このようにめっきによって形成された第３の電極層４２２ｄは、厚さ方向のみならず、側面方向にも成長し、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及びシード電極層４２２ｃより大きい面積を有するように凸状に形成され、丸みを帯びた表面を有することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、第３の電極層４２２ｄの形成方法、形状などは多様に変形可能である。
第３の電極層４２２ｄ上に第２の電極層４２２ｂを形成することができる。一例として、第２の電極層４２２ｂが第３の電極層４２２ｄ上に接触して形成され得る。第２の電極層４２２ｂは、リボン１４４と連結する部分であって、リボン１４４との連結特性に優れた物質を含むことができる。第２の電極層４２２ｂとリボン１４４とが連結される構造の多様な例を図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例に係る太陽電池１５０の第１の電極４２とリボン１４４の付着構造の多様な例を拡大して示した図である。明確で且つ簡略な説明のために、図４において、第１の電極４２の形状は、図２の拡大円に示した形状を基準にして示した。
一例として、図４の（ａ）に示したように、第２の電極層４２２ｂ上に、一例として、鉛（Ｐｂ）とスズを共に含むリボン１４４を位置させた後で熱を加え、リボン１４４を第２の電極層４２２ｂ上に直接付着させることができる。または、図４の（ｂ）に示したように、第２の電極層４２２ｂとリボン１４４との間にペースト（例えば、スズとビズマスなどを含むペースト）を位置した状態で熱を加え、ペースト層１４６を媒介にして第２の電極層４２２ｂとリボン１４４を付着させることもできる。または、図４の（ｃ）に示したように、第２の電極層４２２ｂとリボン１４４との間に伝導性フィルム１４８などを位置させた状態で加圧し、伝導性フィルム１４８を媒介にして第２の電極層４２２ｂとリボン１４４を付着させることもできる。伝導性フィルム１４８は、導電性に優れた金、銀、ニッケル、銅などで形成された導電性粒子がエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などで形成されたフィルム内に分散されたものであり得る。このような伝導性フィルムを、熱を加えながら圧着すると、導電性粒子がフィルムの外部に露出し、露出した導電性粒子によって太陽電池１５０とリボン１４４とが電気的に連結され得る。このように伝導性フィルム（図示せず）によって複数の太陽電池１５０を連結してモジュール化する場合は、工程温度を低下させ得るので、太陽電池１５０の反りを防止することができる。その他にも、多様な方法によって第２の電極層４２２ｂとリボン１４４を付着及び連結することができる。
再び図２を参照すると、第２の電極層４２２ｂは、スズ（Ｓｎ）またはニッケル―バナジウム合金（ＮｉＶ）を含むことができる。スズは、リボン１４４またはこれとの連結のためのペーストなどとの接合特性に優れるという長所を有する。そして、ニッケル―バナジウム合金は、リボン１４４またはこれとの連結のためのペーストとの接合特性に優れる。より具体的に、スズとビズマスを含むペーストの場合、ペーストのスズとニッケル―バナジウム合金のニッケルの接合特性に非常に優れる。そして、ニッケル―バナジウム合金は、融点が約１０００℃以上と非常に高い水準であるので、電極層４２２を構成する他の層の物質より高い融点を有する。これによって、第２の電極層４２２ｂは、リボン１４４との接合工程または太陽電池１５０の製造工程中に変形せず、電極層４２２を構成する他の層を保護するキャッピング膜としての役割を十分に行うことができる。
このような第２の電極層４２２ｂは多様な方法によって形成され得るが、本実施例では、第２の電極層４２２ｂがめっきによって形成されたスズを含む場合を例示した。このように形成された第２の電極層４２２ｂは、５μｍ〜１０μｍの厚さを有することができ、第１の電極層４２２ａを覆いながら凸状に丸みを帯びた形状を有しながら形成され得る。第２の電極層４２２ｂが５μｍ未満であると、第２の電極層４２２ｂを均一に形成しにくい場合もあり、第２の電極層４２２ｂが１０μｍを超えると、製造費用が増加し得る。しかし、本発明がこれに限定されることはない。第２の電極層４２２ｂがスパッタリングによって形成されたスズまたはニッケル―バナジウム合金を含む例に対しては、以下で図７を参照して詳細に説明する。
以下では、図２及び図３を参照して、第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４、バリア領域３６、そして、第１及び第２の電極４２、４４の平面形状を詳細に説明する。
図２及び図３を参照すると、本実施例において、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４は、それぞれストライプ状をなすように長く形成されながら、長さ方向と交差する方向で交互に位置している。第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４との間には、これらを離隔させるバリア領域３６が位置し得る。図面には示していないが、互いに離隔した複数の第１の導電型領域３２が一側縁部で互いに連結され、互いに離隔した複数の第２の導電型領域３４が他側縁部で互いに連結され得る。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
このとき、第１の導電型領域３２の面積は、第２の導電型領域３４の面積より大きくなり得る。一例として、第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４の面積は、これらの幅を異ならせることによって調節することができる。すなわち、第１の導電型領域３２の幅Ｗ１は、第２の導電型領域３４の幅Ｗ２より大きくなり得る。これによって、エミッタ領域を構成する第１の導電型領域３２の面積を十分に形成し、光電変換が広い領域で起こるようにすることができる。このとき、第１の導電型領域３２がｐ型を有する場合、第１の導電型領域３２の面積を十分に確保し、移動速度が相対的に遅い正孔を効果的に収集することができる。
そして、第１の電極４２が第１の導電型領域３２に対応してストライプ状に形成され、第２の電極４４が第２の導電型領域３４に対応してストライプ状に形成され得る。第１及び第２の開口部（図２の参照符号４０２、４０４、以下同じ。）のそれぞれは、第１及び第２の電極４２、４４に対応して第１及び第２の電極４２、４４の全体長さに形成することもできる。これによると、第１及び第２の電極４２、４４と第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４との接触面積を最大化し、キャリア収集効率を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、第１及び第２の開口部４０２、４０４が、第１及び第２の電極４２、４４の一部のみを第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４にそれぞれ連結するように形成されることも可能であることは当然である。例えば、第１及び第２の開口部４０２、４０４は複数のコンタクトホールで構成することができる。そして、図面には示していないが、第１の電極４２が一側縁部で互いに連結されて形成され、第２の電極４４が他側縁部で互いに連結されて形成され得る。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
再び図２を参照すると、半導体基板１０の前面上（より正確には、半導体基板１０の前面に形成された前面電界領域１３０上）にパッシベーション膜２４及び／または反射防止膜２６が位置し得る。実施例によって、半導体基板１０上にパッシベーション膜２４のみが形成される場合もあり、半導体基板１０上に反射防止膜２６のみが形成される場合もあり、または、半導体基板１０上にパッシベーション膜２４及び反射防止膜２６が順次位置する場合もある。図面では、半導体基板１０上にパッシベーション膜２４及び反射防止膜２６が順次形成され、半導体基板１０がパッシベーション膜２４と接触して形成される場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、半導体基板１０が反射防止膜２６に接触して形成されることも可能であり、その他にも多様に変形可能である。
パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６は、実質的に半導体基板１０の前面に全体的に形成され得る。ここで、全体的に形成されたということは、物理的に完璧に全て形成された場合のみならず、不可避に一部除外された部分がある場合も含む。
パッシベーション膜２４は、半導体基板１０の前面に接触して形成され、半導体基板１０の前面またはバルク内に存在する欠陥を不動化させる。これによって、少数キャリアの再結合サイトを除去し、太陽電池１５０の開放電圧を増加させることができる。反射防止膜２６は、半導体基板１０の前面に入射される光の反射率を減少させる。これによって、半導体基板１０の前面を介して入射される光の反射率が低下することによって、ベース領域１１０と第１の導電型領域３２との界面に形成されたｐｎ接合まで到達する光量を増加させることができる。これによって、太陽電池１５０の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加させることができる。このようにパッシベーション膜２４及び反射防止膜２６によって太陽電池１５０の開放電圧と短絡電流を増加させ、太陽電池１５０の効率を向上させることができる。
パッシベーション膜２４及び／または反射防止膜２６は、多様な物質で形成することができる。一例として、パッシベーション膜２４は、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、アルミニウム酸化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選ばれたいずれか一つの単一膜または２個以上の膜が組み合わされた多層膜構造を有することができる。一例として、パッシベーション膜２４はシリコン酸化物を含み、反射防止膜２６はシリコン窒化物を含むことができる。
本実施例に係る太陽電池１５０に光が入射されると、ベース領域１１０と第１の導電型領域３２との間に形成されたｐｎ接合での光電変換によって電子と正孔が生成され、生成された正孔及び電子は、トンネリング層２０をトンネリングし、それぞれ第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４に移動した後、保護膜４０ａをトンネリングして第１及び第２の電極４２、４４に移動する。これによって、電気エネルギーを生成するようになる。
本実施例のように、半導体基板１０の後面に電極４２、４４が形成され、半導体基板１０の前面には電極が形成されない後面電極構造の太陽電池１５０では、半導体基板１０の前面で発生するシェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）を最小化することができる。これによって、太陽電池１５０の効率を向上させることができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
上述した構造の太陽電池１５０においては、電極４２、４４が保護膜４０ａを挟んで導電型領域３２、３４に連結される。これによって、第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成する工程、そして、電極４２、４４を形成する工程で導電型領域３２、３４が損傷することを効果的に防止することができる。また、保護膜４０ａが導電型領域３２、３４をパッシベーションし、パッシベーション特性を向上させることができる。このように、保護膜４０ａは、導電型領域３２、３４が優れた特性を有するように導電型領域３２、３４を保護するので、太陽電池１５０の効率を向上させることができる。また、電極４２、４４の積層構造により、太陽電池１５０の効率をさらに向上させることができる。
上述した構造の太陽電池１５０の製造方法を図５ａ〜図５ｈを参照して詳細に説明する。図５ａ〜図５ｈは、本発明の実施例に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。
まず、図５ａに示したように、第２の導電型ドーパントを有するベース領域１１０で構成される半導体基板１０を準備する。本実施例において、半導体基板１０は、ｎ型のドーパントを有するシリコン基板（一例として、シリコンウェハー）からなり得る。ｎ型のドーパントは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を含むことができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、ベース領域１１０はｐ型のドーパントを含むこともできる。
このとき、半導体基板１０の前面及び後面のうち少なくとも一面は、凹凸を有するようにテクスチャリングすることができる。半導体基板１０の表面のテクスチャリングとしては、湿式または乾式テクスチャリングを使用することができる。湿式テクスチャリングは、テクスチャリング溶液に半導体基板１０を浸漬させることによって行うことができ、工程時間が短いという長所を有する。乾式テクスチャリングは、ダイヤモンドグリルまたはレーザなどを用いて半導体基板１０の表面を削ることであって、凹凸を均一に形成できる一方、工程時間が長く、半導体基板１０に損傷が発生し得る。その他に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などによって半導体基板１０をテクスチャリングすることもできる。このように、本発明では、多様な方法で半導体基板１０をテクスチャリングすることができる。
一例として、半導体基板１０の前面は凹凸を有するようにテクスチャリングされ、半導体基板１０の後面は、鏡面研磨などによって処理され、半導体基板１０の前面より小さい表面粗さを有する平らな面として構成され得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、多様な構造の半導体基板１０を使用することができる。
続いて、図５ｂに示したように、半導体基板１０の後面にトンネリング層２０を形成する。トンネリング層２０は、半導体基板１０の後面に全体的に形成することができる。
ここで、トンネリング層２０は、一例として、熱的成長法、蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ））などによって形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、多様な方法によって第１のトンネリング層２０を形成することができる。
続いて、図５ｃ及び図５ｄに示したように、トンネリング層２０上に第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４を形成する。これをより具体的に説明すると、次の通りである。
図５ｃに示したように、トンネリング層２０上に半導体層３０を形成する。半導体層３０は、微結晶質、非晶質、または多結晶半導体で構成することができる。半導体層３０は、一例として、熱的成長法、蒸着法（例えば、化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ））などによって形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、多様な方法によって半導体層３０を形成することができる。
続いて、図５ｄに示したように、半導体層３０に第１の導電型領域３２、第２の導電型領域３４、及びバリア領域３６を形成する。例えば、第１の導電型領域３２に該当する領域にイオン注入法、熱拡散法、レーザドーピング法などの多様な方法によって第１の導電型ドーパントをドーピングし、第２の導電型領域３４に該当する領域にイオン注入法、熱拡散法、レーザドーピング法などの多様な方法によって第２の導電型ドーパントをドーピングすることができる。そうすると、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４との間に位置した領域がバリア領域３６を構成するようになる。
しかし、本発明がこれに限定されることはなく、導電型領域３２、３４、そして、バリア領域３６を形成する方法としては、公知の多様な方法を使用することができ、バリア領域３６を形成しないなどの多様な変形が可能である。
続いて、図５ｅに示したように、半導体基板１０の前面に第２の導電型ドーパントをドーピングすることによって前面電界領域１３０を形成することができる。前面電界領域１３０は、イオン注入法、熱拡散法、レーザドーピング法などの多様な方法によって形成することができ、その他の多様な方法によって形成することもできる。
続いて、図５ｆに示したように、半導体基板１０の前面にパッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を順次形成し、半導体基板１０の後面に保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂを順次形成する。すなわち、半導体基板１０の前面上にパッシベーション膜２４及び反射防止膜２６を全体的に形成し、半導体基板１０の後面上に第１及び第２の導電型領域３２、３４を覆うように全体的に保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂを形成する。パッシベーション膜２４、反射防止膜２６、保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂは、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング、スクリーン印刷またはスプレーコーティングなどの多様な方法によって形成することができる。パッシベーション膜２４及び反射防止膜２６、そして、保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂの形成順序は多様に変形可能である。
続いて、図５ｇに示したように、保護膜４０ａを残存させながら絶縁層４０ｂに第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成する。第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成する方法としては、多様な方法を適用することができる。
一例として、本実施例では、レーザ２００を用いたレーザエッチングによって第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成することができる。レーザエッチングを用いると、第１及び第２の開口部４０２、４０４の幅を狭く具現することができ、多様なパターンの第１及び第２の開口部４０２、４０４を容易に形成することができる。また、レーザの種類、波長などによって、保護膜４０ａを残存させながら絶縁層４０ｂのみを選択的に除去することができる。
レーザエッチングでは、絶縁層４０ｂを溶かすことができ、保護膜４０ａは溶かすことができないレーザ２００を使用し、保護膜４０ａを残存させながら絶縁層４０ｂの該当の部分を除去することによって第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成する。このとき、レーザ２００は、特定波長を有するものであって、保護膜４０ａのバンドギャップより小さいバンドギャップを有し、絶縁層４０ｂのバンドギャップより大きいバンドギャップを有することができる。すなわち、レーザ２００の波長は、バンドギャップと直接関連するので、レーザの波長をバンドギャップに換算した値は、保護膜４０ａのバンドギャップより小さいバンドギャップを有し、絶縁層４０ｂのバンドギャップより大きいバンドギャップを有すればよい。例えば、レーザ２００のバンドギャップは、１．２４ｅＶ・μｍの値をレーザ２００の波長（μｍ）で割った値として計算することができる。しかし、これは、レーザ２００の種類、特性などによって変わり得るので、本発明がこれに限定されることはない。
このように、本実施例では、保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂのバンドギャップを調節することによって、絶縁層４０ｂのみに第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成することができる。これによって、保護膜４０ａを残存させ、絶縁層４０ｂのみを選択的にエッチングする工程を容易に行うことができる。
一例として、レーザエッチングにおいて、レーザ２００は、１０６４ｎｍ以下の波長を有することができる。これは、１０６４ｎｍを超える水準のレーザ２００を生成しにくいためである。例えば、レーザ２００は、容易に生成できると共に、絶縁層４０ｂを容易にエッチングできるように３００ｎｍ〜６００ｎｍの波長を有することができる。一例として、レーザ２００は、紫外線レーザであり得る。そして、レーザ２００は、ピコ秒（ｐｓ）〜ナノ秒（ｎｓ）のレーザパルス幅を有し、レーザエッチングがうまく起こるようにすることができる。特に、レーザ２００がピコ秒（ｐｓ）（すなわち、１ｐｓ〜９９９ｐｓ）のレーザパルス幅を有し、レーザエッチングがうまく行われるようにすることができる。そして、レーザ２００は、シングルショット（ｓｉｎｇｌｅ ｓｈｏｔ）またはバーストショット（ｂｕｒｓｔ ｓｈｏｔ）のレーザショットモード（ｌａｓｅｒ ｓｈｏｔ ｍｏｄｅ）を有することができる。バーストショットは、一つのレーザを複数のショットに分けて照射するものであって、バーストショットを用いると、保護膜４０ａ及び導電型領域３２、３４の損傷を最小化することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、多様なレーザを使用することができる。
続いて、図５ｈに示したように、第１及び第２の開口部４０２、４０４内を充填するように第１及び第２の電極４２、４４を形成する。第１及び第２の電極４２、４４の積層構造、形成方法などは、図２の拡大円を参照して説明したので、それについての詳細な説明は省略する。
本実施例では、第１及び第２の開口部４０２、４０４を形成するとき、そして、第１及び第２の電極４２、４４を形成するとき、第１及び第２の開口部４０２、４０４によって露出した部分に保護膜４０ａが位置するので、導電型領域３２、３４が外部に露出しない。したがって、第１及び第２の電極４２、４４を形成する工程で導電型領域３２、３４が損傷することを防止することができる。これによって、優れた特性及び効率を有する太陽電池１５０を製造することができる。
上述した実施例では、トンネリング層２０、導電型領域３２、３４、バリア領域３６を形成した後、前面電界領域１３０を形成し、パッシベーション膜２４、反射防止膜２６、保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂを形成した後、第１及び第２の電極４２、４４を形成する場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されることはない。したがって、トンネリング層２０、第１及び第２の導電型領域３２、３４、バリア領域３６、パッシベーション膜２４、反射防止膜２６、保護膜４０ａ及び絶縁層４０ｂの形成順序は多様に変形可能である。また、一部が形成されないなどの多様な変形が可能である。
以下、本発明の他の実施例に係る太陽電池及びその製造方法を詳細に説明する。上述した説明と同一または極めて類似する部分に対しては詳細な説明を省略し、互いに異なる部分に対してのみ詳細に説明する。そして、以下の説明及び図面では、第１の電極４２を例示して説明したが、下記の説明は、第２の電極４４にも適用することができる。
図６は、本発明の他の実施例に係る太陽電池に使用可能な電極を示した図である。図６は、図２の拡大円に対応する部分を示した。
図６を参照すると、本実施例に係る太陽電池の第１の電極４２は、シード電極層（図２の参照符号４２２ｃ、以下同じ。）を備えず、第１の電極層４２２ａ上に第３の電極層４２２ｄが接触して形成される。本実施例では、シード電極層４２２ｃを備えないので、製造工程を単純化し、製造費用を節減することができる。
図７は、本発明の他の実施例に係る太陽電池に使用可能な電極を示した図である。図７は、図２の拡大円に対応する部分を示した。
図７を参照すると、本実施例に係る太陽電池の第１の電極４２は、シード電極層（図２の参照符号４２２ｃ、以下同じ。）及び第３の電極層（図２の参照符号４２２ｄ、以下同じ。）を備えず、第１の電極層４２２ａ上に第２の電極層４２２ｂが接触して形成される。すなわち、第１の電極４２は、互いに接触して形成される接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及び第２の電極層４２２ｂからなり得る。このとき、第２の電極層４２２ｂは、スパッタリングによって形成されたスパッター層であって、スズまたはニッケル―バナジウム合金を含むことができる。
このように接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及び第２の電極層４２２ｂを含む第１の電極４２は、スパッタリングなどによって形成することができる。すなわち、半導体基板１０の後面上に形成された絶縁層４０ｂの第１の開口部４０２（第２の電極４４の場合は第２の開口部４０４）を充填するように接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及び第２の電極層４２２ｂのそれぞれを構成する各金属層を全体的に形成した後、各金属層をパターニングすることによって第１の電極４２（及び／または第２の電極４４）の接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及び第２の電極層４２２ｂを形成することができる。パターニング方法としては多様な方法が適用され得るが、一例として、レジストとエッチング溶液を用いた方法が適用され得る。
このようにスパッタリングによって形成された接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及び第２の電極層４２２ｂは、ほとんど厚さ方向に積層されるので、それぞれ均一な厚さを有するように積層される。そして、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及び第２の電極層４２２ｂは、これらに該当する各金属層を全体的に順次形成した後、これらを同一のレジスト（またはマスク）を用いて共にパターニングして形成される。これによって、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及び第２の電極層４２２ｂのうち少なくとも一部の側面が連続的な形状を有するようになる。そして、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及び第２の電極層４２２ｂのうち少なくとも一部の面積誤差範囲は、１０％以内（例えば、５％以内）の値を有することができる。このような厚さ、形状、面積差などにより、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及び第２の電極層４２２ｂがスパッタリング法によって形成され、共にパターニングされたことが分かる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、接着層４２０、第１の電極層４２２ａ及び第２の電極層４２２ｂを多様な方法によって形成することもできる。
第２の電極層４２２ｂは、ナノ水準の厚さ、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有することができる。第２の電極層４２２ｂの厚さが５０ｎｍ未満であると、リボン１４４との接合特性が低下し、第２の電極層４２２ｂの厚さが３００ｎｍを超えると、製造費用が増加し得る。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、第２の電極層４２２ｂの厚さなどは多様に変化可能である。
このように、本実施例では、第１の電極４２がめっき工程を使用せずに形成され得る。第１の電極４２の一部がめっきによって形成されると、絶縁層４０ｂにピンホール、スクラッチなどの欠陥がある場合、その部分でもめっきが行われ、所望しない部分がめっきされ得る。そして、めっき工程で使用するめっき溶液が酸またはアルカリであるので、絶縁層４０ｂに損傷を与えたり、絶縁層４０ｂの特性を低下させ得る。本実施例では、めっき工程を除去することによって絶縁層４０ｂの特性を向上させることができ、簡単な工程によって第１の電極４２を形成することができる。
図８は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池１５０の部分後面平面図である。
図８を参照すると、本実施例に係る太陽電池１５０においては、第２の導電型領域３４がアイランド状を有しながら互いに離隔して複数備えられ、第１の導電型領域３２は、第２の導電型領域３４及びこれを取り囲むバリア領域３６を除いた部分に全体的に形成され得る。
そうすると、第１の導電型領域３２が最大限広い面積を有しながら形成され、光電変換効率を向上させることができる。そして、第２の導電型領域３４の面積を最小化しながらも、半導体基板１０に全体的に第２の導電型領域３４を位置させることができる。そうすると、第２の導電型領域３４によって表面再結合を効果的に防止しながら、第２の導電型領域３４の面積を最大化することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、第２の導電型領域３４が、第２の導電型領域３４の面積を最小化できる多様な形状を有し得ることは当然である。
図面では、第２の導電型領域３４が円状である場合を例示したが、本発明がこれに限定されることはない。したがって、第２の導電型領域３４が、それぞれ楕円形、または、三角形、四角形、六角形などの多角形の平面形状を有し得ることは当然である。
絶縁層４０ｂに形成された第１及び第２の開口部４０２、４０４は、第１の導電型領域３２及び第２の導電型領域３４のそれぞれの形状を考慮して互いに異なる形状を有することができる。すなわち、第１の開口部４０２は、第１の導電型領域３２上で長くつながりながら形成され、第２の開口部４０４は、複数が第２の導電型領域３４に対応して互いに離隔して形成され得る。第１の電極４２は、第１の導電型領域３２上のみに位置し、第２の電極４４は、第１の導電型領域３２と第２の導電型領域３４上に共に位置することを考慮した。すなわち、絶縁層４０ｂにおいて第２の導電型領域３４上に位置した部分に対応して第２の開口部４０４が形成され、第２の開口部４０４によって第２の電極４４と第２の導電型領域３４が連結される。そして、第１の導電型領域３２上に該当する絶縁層４０ｂの部分には第２の開口部４０４が形成されないので、第２の電極４４と第１の導電型領域３２が互いに絶縁された状態に維持できるようにする。第１の電極４２は、第１の導電型領域３２上のみに形成されるので、第１の開口部４０２が第１の電極４２と同一または類似する形状を有することができ、これによって、第１の電極４２が第１の導電型領域３２上に全体的にコンタクトされるようにする。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、多様な変形が可能である。例えば、第１の開口部４０２は、第２の開口部４０４と類似する形状を有する複数のコンタクトホールで構成することができる。
以下、本発明の実験例を通じて本発明をより詳細に説明する。以下の実験例は、本発明の例示のために提示したものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
実施例１
ｎ型であるベース領域を有する半導体基板を準備した。半導体基板の後面の一領域にイオン注入法によってボロン（Ｂ）をドーピングすることによってエミッタ領域を形成し、半導体基板の後面の他の領域にイオン注入法によってリン（Ｐ）をドーピングすることによって後面電界領域を形成した。
半導体基板の前面にはパッシベーション膜及び反射防止膜を形成し、半導体基板の後面には、シリコン酸化物を含む保護膜、及びシリコン窒化物を含む絶縁層を形成した。保護膜の厚さは２ｎｍであった。そして、レーザを用いて保護膜を残存させながら絶縁層を選択的にエッチングし、第１及び第２の開口部を形成した。第１及び第２の開口部に５ｎｍ厚のチタン層（接着層）、２００ｎｍ厚の銅層（第１の電極層）をそれぞれスパッタリングによって形成した後でパターニングし、エミッタ領域に電気的に連結される第１の電極と、後面電界領域に電気的に連結される第２の電極とを形成した。これによって、第１及び第２の電極は、保護膜を挟んでそれぞれエミッタ領域及び後面電界領域に連結された。そして、絶縁層のクラックを減少させる工程（いわゆる、キュアリング（ｃｕｒｉｎｇ）工程）を２５０℃の温度での熱処理によって行い、これによって太陽電池を製造した。参考までに、本実施例では、接着層と第１の電極層による特性のみを測定するために第２の電極層などを形成せず、接着層と第１の電極層のみを形成した。
比較例１
保護膜を形成していない点を除いては、実施例と同一の方法によって太陽電池を製造した。比較例１では、第１及び第２の電極が導電型領域に接触して形成された。
実施例１及び比較例１に係る太陽電池における飽和電流を測定し、その結果を表１に示した。
Figure 2018037680
表１を参照すると、実施例１に係る太陽電池の飽和電流が、比較例１に係る太陽電池の飽和電流より非常に小さいことが分かる。これによって、飽和電流特性が向上したことが分かる。これは、エミッタ領域と第１の電極との間、及び／または後面電界領域と第２の電極との間で表面再結合が減少したためであると予測される。これによって、実施例１に係る太陽電池では、開放電圧が向上し、優れた効率を有し得ることが分かる。
上述した実施例では、保護膜４０ａが導電型領域３２、３４及びバリア領域３６の全体を覆うように形成された場合を例示した。しかし、本発明がこれに限定されることはない。したがって、変形例として、図９に示したように、保護膜４０ａは、電極４２、４４が位置する導電型領域３２、３４の一部のみに位置することもできる。この変形例において、保護膜４０ａは、電極４２、４４と同一の幅を有することができる。また、他の変形例として、図１０に示したように、保護膜４０ａは、導電型領域３２、３４及びバリア領域３６の一部のみに位置し、電極４２、４４より大きい幅を有することができる。そうすると、工程誤差がある場合にも、保護膜４０ａが電極４２、４４に対応する部分を全体的に覆うことができる。更に他の変形例として、図１１に示したように、保護膜４０ａは、導電型領域３２、３４及びバリア領域３６の一部のみに形成されながら電極４２、４４の一部のみに対応し得る。この場合、保護膜４０ａは、電極４２、４４の幅より小さいか大きい幅を有することができ、電極４２、４４と同一の幅を有することもできる。このような変形例において、保護膜４０ａが電極４２、４４の一部と導電型領域３２、３４との間に位置し、電極４２、４４の他の一部と導電型領域３２、３４との間に絶縁層４０ｂが位置し得る。そうすると、開口部４０２、４０４または保護膜４０ａの幅が相対的に小さい場合にも、電極４２、４４の幅または面積が増加し得る。これによって、電極４２、４４の電気的抵抗を低下させることができ、その他にも多様に変形可能である。
上述したような特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれるものであって、必ずしも一つの実施例のみに限定されるものではない。さらに、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは、各実施例の属する分野で通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組み合わせたり変形して実施可能である。したがって、このような組み合わせと変形と関係した内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきであろう。
１００ 太陽電池モジュール
１２１ 第１の基板
１２２ 第２の基板
１３１ 第１の密封材
１３２ 第２の密封材
１４２ 絶縁フィルム
１４４ リボン
１４５ バスリボン
１５０ 太陽電池
１５１ 第１の太陽電池
１５２ 第２の太陽電池

Claims (20)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板上に形成される導電型領域と、
    前記導電型領域上に形成される保護膜と、
    前記保護膜を挟んで前記導電型領域に連結される電極と、
    を含む太陽電池。
  2. 前記保護膜が前記導電型領域より大きいバンドギャップを有し、
    前記電極と連結される前記保護膜の面にレーザエッチング跡が位置する、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記保護膜は、前記電極と連結される部分において他の部分より薄い厚さを有する、請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記保護膜は、前記電極と連結される部分に凹部を備える、請求項２に記載の太陽電池。
  5. 前記保護膜は、前記導電型領域上に全体的に形成され、又は、前記導電型領域上において前記電極の少なくとも一部にわたって部分的に形成される、請求項１に記載の太陽電池。
  6. 前記導電型領域が前記半導体基板と異なる結晶構造を有し、
    前記半導体基板と前記導電型領域との間に位置するトンネリング層をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池。
  7. 前記保護膜上に前記電極が貫通する開口部を備える絶縁層をさらに含み、
    前記電極が前記開口部を貫通して前記保護膜に接触する、請求項１に記載の太陽電池。
  8. 前記保護膜上に前記電極が貫通する開口部を備える絶縁層をさらに含み、
    前記絶縁層のバンドギャップが前記保護膜のバンドギャップより小さい、請求項１に記載の太陽電池。
  9. 前記保護膜が酸化物または非晶質半導体を含み、
    前記絶縁層が窒化物または炭化物を含む、請求項１に記載の太陽電池。
  10. 前記保護膜上に前記電極が貫通する開口部を備える絶縁層をさらに含み、
    前記保護膜の厚さが前記絶縁層の厚さより薄い、請求項１に記載の太陽電池。
  11. 前記保護膜の厚さが１ｎｍ〜３ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
  12. 前記導電型領域は、前記半導体基板の一面に位置する第１の導電型領域と、前記半導体基板の前記一面に位置する第２の導電型領域と、を含み、
    前記保護膜が前記第１及び第２の導電型領域上に形成される、請求項１に記載の太陽電池。
  13. 前記電極は、前記保護膜に接触し、透過性及び伝導性を有する接着層と、前記接着層上に形成される電極層と、を含み、
    前記接着層がチタンまたはタングステンを含む、請求項１に記載の太陽電池。
  14. 半導体基板上に導電型領域を形成するステップと、
    前記導電型領域上に保護膜を形成するステップと、
    前記保護膜上に絶縁層を形成するステップと、
    前記絶縁層に開口部を形成するステップと、
    前記保護膜を挟んで前記導電型領域に連結される電極を前記保護膜上に形成するステップと、
    を含む太陽電池の製造方法。
  15. 前記開口部がレーザエッチングによって形成され、
    前記レーザエッチング時に前記保護膜が残存する、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
  16. 前記レーザエッチングに使用されるレーザのバンドギャップは、前記保護膜のバンドギャップより小さく、前記絶縁層のバンドギャップより大きい、請求項１５に記載の太陽電池の製造方法。
  17. 前記保護膜が酸化物または非晶質半導体を含み、
    前記絶縁層が窒化物または炭化物を含む、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
  18. 前記保護膜の厚さが前記絶縁層の厚さより薄い、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
  19. 前記保護膜の厚さが１ｎｍ〜３ｎｍである、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
  20. 前記電極は、前記保護膜に接触し、透過性及び伝導性を有する接着層と、前記接着層上に形成される電極層と、を含み、
    前記接着層は、チタンまたはタングステンを含み、スパッタリングによって形成される、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
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